地理坐标系下施工便道三维快速设计技术

研究目的:我国铁路所经之处多为人口稀疏区,既有道路难以满足原材料与废弃物的运输需求,常常依靠施工便道。为解决环境险峻处施工便道难以快速设计优化与直观展示的问题,本文提出一种地理坐标系下施工便道三维快速设计方法。研究结论:(1)地理坐标系与投影坐标系之间的转换关系,为参数计算与三维展示提供了前提;(2)施工便道参数化建模方法分为边坡类型判断、轮廓线获取、模型生成三个步骤;(3)设计成果以三维模型、矢量图形、填挖方量以及局部地形修改数据进行输出,并以图层化管理;(4)实现球面三维场景中施工便道模型一键生成与设计方案科学比选,模型的可编辑性能够对设计成果进行优化,地形填挖数据的局部更新与实时控制可实现地形分析的准确性和地形的快速修改与恢复;(5)在某铁路工程高陡边坡桥墩施工时,本文设计方法可实现施工便道方案比选与快速设计。     

隧道工程监控三维实时交互可视化信息平台研究

研究目的:目前,国内外对隧道监控信息管理系统的研究主要停留在二维视图下对监控数据简单的图表分析。少数系统虽在三维条件下实现了信息的查询,但隧道模型较为粗糙,信息单一。本文应用三维实时交互可视化信息技术研发了隧道监控信息平台,平台隧道模型精细,信息丰富。研究结论:(1)基于R-Trees构建的空间索引,可实现海量数据的高效管理;(2)研发的隧道工程监控三维实时交互可视化信息平台集隧道三维场景的快速构建、交互式漫游、信息查询于一体,场景浏览顺畅,信息丰富完整;(3)应用证明,该平台增强了用户在隧道监控中的可视化、交互性,可显著提高工作效率;(4)该研究成果可推广到铁路、公路、城市轨道交通、水利、矿山等工程建设领域的三维可视管理中。     

基于高分辨率影像和大比例地形图快速创建三维模型的方法研究

三维数据的制作在模型方法和软件方面存在一定的限制,利用二维数据快速创建三维地形场景,一直是三维GIS面临的挑战。以SketchUp三维建模软件为基础,在大比例地形图上叠加影像数据生成三维模型,获取影像完整的纹理信息,快速生成逼真的三维场景模型,并探讨其中的技术方法和流程。试验表明,该方法可快速得到纹理、色泽均较为满意的三维地形场景。     

基于OSG的铁路三维实时交互式可视化技术研究

针对现有铁路三维可视化技术的局限性,深入研究了大规模地形建模、铁路建模、地形模型与铁路模型的融合等关键技术问题。基于OSG开发了铁路三维实时交互式可视化平台,该平台可以实现大规模铁路三维场景的快速构建,具有交互式漫游、场景编辑、信息查询等功能,已在成渝城际铁路项目中成功应用。     

基于IFC标准和数据库技术的铁路站场自动化BIM建模方法

随着BIM+GIS相关技术的快速发展，对勘察设计成果多维化表达的需求持续增强，如何解决铁路站场专业设计流程复杂、接口专业繁多等问题造成的三维建模效率低下的现状，以及由此导致的二维勘察设计工具平稳过渡到三维设计平台是铁路站场工程亟待研究的热门问题。国内外市场公开发行的三维建模产品形式多种多样、效率参差不齐，针对不同的工程应用场景适应性差异巨大，并且现有产品多为封闭的图形数据库存储格式，不同平台之间难以实现准确、高效的协同化作业。国际buildingSMART组织提出的IFC技术和相关标准为数据从底层逻辑实现跨平台流通提供了出色的技术路线和发展理念，以及高度可扩展性。结合MDB/SQL等成熟的数据库技术将AutoCAD图形数据与IFC编码信息梳理成一套完整的映射和存储关系，并开发了配套软件系统，可以将图形信息经数据库模块等中间件生成为IFC文件，进一步基于OpenRail Designers平台参考L-SYSTEM理论和NURBS建模等方法开发了一套将IFC文件读入并自动创建BIM模型，由于是配合铁路站场专业需求的二次开发，将二维勘察设计成果转化到三维勘察设计成果的过程中也能够将很多原自定...     

铁路站场设计系统研究与开发

在综合分析既有铁路站场、新建铁路站场勘测设计流程的基础上,开发铁路站场设计系统软件,解决了既有线、新线底层统一建模、平纵横数据联动、站场综合管线辅助设计、站场工程数量统一计算和管理、站场三维场景展示等关键技术。开发成果的应用表明,利用这些技术开发的铁路站场设计系统可在工程设计中推广应用。     

基于Bentley平台的铁路箱涵设计应用研究

铁路涵洞工程是铁路工程的重要组成部分。箱涵在铁路涵洞工程中应用最为广泛。为了满足铁路涵洞的设计计算及建模需求,解决涵洞BIM正向设计的难题,利用C#语言在Bentley软件平台进行二次开发,继承上游专业(如线路专业、地质专业等)的模型和数据,进行三维可视化人机交互快速创建涵洞模型。研究表明:通过整合现有的桥涵专业设计技术,能够更加智能高效创建铁路涵洞三维构造模型及钢筋模型。基于精细化涵洞BIM模型,能够更加直观、清晰地发现二维设计中存在的不足,提升设计质量。同时,由涵洞BIM模型可以直接生成图纸、统计工程量,大大的提升设计效率。     

基于三维协同的铁路框架箱涵正向设计研究与应用

为了研究涵洞在三维场景下的协同设计、模型实时交互创建方法与二维成果转换，基于BIM、协同设计平台与数字化技术，形成了数字化三维铁路箱涵设计软件。提出：(1)各涵洞构件以不同的工程与结构特性分类建模，再整体拼装，将涵洞常用工程参数融入建模过程中，并通过不同的适用条件与分类标签对涵洞进行数据库管理，便于设计复用；(2)基于不同层级构件使其形成构件树列表，对项目中的涵洞工点进行管理，调用协同接口读取线路、地形、路基等关联专业的三维BIM模型作为环境参数与约束条件进行正向设计，实时调整涵节布置、斜交角度、填土厚度、涵轴坡率等结构控制参数；(3)建模完成后，可通过协同接口输出涵洞的结构尺寸、位置信息等工程信息，向专业计算软件与二维出图软件提供交互数据，提高不同专业间、不同设计阶段间的信息传递效率，并输出二维图纸成果，实现了基于三维协同BIM模型的数字化设计信息高效传递和利用。该铁路箱涵三维设计软件在成达万铁路中进行了应用，快速进行数百个涵洞正向设计，并根据实际环境进行设计调整，优化设计参数，排查不同专业间接口问题，相比以往的设计方式极大地提高了三维建模效率，减少人为因素产生的设计问题，为桥梁工程...     

铁路线路设计中三维实时交互式仿真研究

基于分割—归并思想将线路三维实体分为现状景物实体和虚拟景物实体,分别研究各子实体的三维造型方法,并应用约束Delaunay三角化理论研制拼合算法,实现将各子实体快速拼合成三维整体模型。在此基础上,提出并实现铁路线路三维模型的视相关简化算法,该算法首先应用累进网格技术构建出网格顶点的层次结构,然后依据视锥截取,背面剔除和屏幕投影误差三个视相关简化准则,从层次结构中实时计算出当前视相关简化网格,最后应用真实感图形绘制技术实现铁路线路三维场景的实时交互式仿真。实践证明,该技术可实时生成具有高度真实感的铁路线路三维场景并可通过鼠标或键盘操控浏览路径,从而实现设计成果与设计过程的可视化。     

基于BIM技术的桥梁下部结构参数化建模与协同设计应用

为解决铁路桥梁下部结构建模过程中，参数化程度低、各专业协同数据传递不畅等问题，对铁路桥梁下部结构参数化建模与协同设计应用进行研究。本文为铁路桥梁应用较为广泛的桥墩、基础类型提供了参数化建模方法，提出下部结构协同设计功能的实现方式和流程，并从数据、建模、应用三个层面对开发工作展开论述。在数据层面，提出桥梁下部构件数据结构的定义思路，并基于Bentley平台EC框架建立参数化数据与三维模型间的联系，解决了设计信息的传递问题；在建模层面，基于平台图形接口与参数化模板技术，实现不同截面、不同类型实体的创建，提高了参数化建模功能的适用性；在应用层面，对软件界面及主要功能进行详细介绍，通过将三维参数化建模方法与协同设计数据融合，开发了基于协同接口的三维建模与下部结构计算功能，实现了协同数据的高效利用，保证了三维模型的准确性与设计数据的统一性。该参数化建模方法在通苏嘉甬铁路项目信息模型设计中进行了应用，实现了设计成果的三维可视化分析与各专业接口的快速核查。     

铁路工程设计BIM技术的差异化与解决方案

研究目的:单体建筑的BIM技术及其应用已趋于成熟,但铁路工程BIM技术的开发与应用整体上尚处于起步和探索阶段。目前业主的需求越来越迫切和广泛,铁路工程设计BIM技术的开发与应用已迫在眉睫。通过建立基于BIM技术带状的铁路工程真实场景模型协同设计平台,实现各专业在同一个全线真实三维场景模型下的协同设计,使工程技术人员对各种工程信息作出正确的理解和高效的应对,从而提高生产效率、节约成本和缩短工期。研究结论:(1)带状大范围工程设计三维真实感场景技术的研究成功,开辟了一个全新的铁路工程设计应用BIM技术途径;(2)利用航空遥感影像数据和地形数据,由计算机生成与现场一致的三维真实场景模型;将各专业的工程三维模型按照里程坐标集成在一个带状连续的三维真实场景中,即可实现铁路工程BIM方式下的协同设计;(3)本文提出的铁路工程设计BIM技术开发与应用的解决方案,对铁道工程设计单位开展BIM工作具有一定的借鉴意义。     

基于数字化设计系统的铁路站场BIM自动化建模研究

铁路站场设计是一项复杂庞大的系统工程,应用BIM技术可集成工程项目各种相关信息,形成工程数据模型,实现项目全生命周期中动态的工程信息创建、沟通和管理。然而,当前国内外铁路站场BIM的研究尚处于起步阶段,存在着建模工作量巨大,效率较低的问题。基于此,对铁路站场BIM模型快速构建方法进行了研究,提出基于铁路站场数字化设计系统,可将设计参数信息进行数字化保存,依据参数信息高效驱动铁路站场BIM模型的构建,并对铁路站场数字化设计系统总体架构与BIM模型设计插件的程序模块与流程进行了介绍。通过开发的软件原型系统初步验证,该方法能实现铁路站场BIM模型构建在效率与质量上的双重提升。     

基于Unity3D的地铁线路三维模型自动生成的研究

地铁线路三维模型的自动生成有助于快速实现三维视景仿真。以线路平面和纵断面数据为基础,研究了线路路径点的坐标计算方法;采用Unity3D和C#程序,结合数据库技术,实现了数据读取与路径生成;采用线渲染器组件和生成Mesh网格的方法,实现了轨道、道岔等模型的创建;并通过Douglas–Peucker算法,实现对轨道三维模型的简化,有效提升了画面渲染速度和帧率;运用碰撞检测、消息广播等技术,实现了虚拟场景漫游和列车运行模拟。基于该研究开发的软件可快速构建地铁线路模型并进行驱动,为地铁运营场景仿真提供三维视景基础。     

基于BIM与三维GIS集成的房建设备运维监管信息系统设计与实现

针对当前车站房建设备类型多、数量庞大、系统复杂、专业互相交叉,传统的运维管理多以人工方式为主,缺乏系统化、信息化的管理手段的情况,开展基于建筑信息模型(BIM)与三维地理信息模型(GIS)的房建设备运维监管信息系统研究。采用快速建模方法构建铁路车站三维模型,通过基于数据转换的GIS与BIM融合技术,针对车站进行快速三维建模,并实现模型与台账图纸运维等数据的电子化管理和设备运维的全过程管理。目前,以天津南站、丹阳北站作为试验车站进行研究,为房建设备信息化、可视化管理提供了参考。     

GIS-BIM在铁路工程建设管理中的应用研究

针对当前铁路工程项目地域广泛、工程复杂,传统的管理模式不能满足多维信息的共享与管理,开展基于GIS-BIM技术在铁路工程建设管理中的应用研究。采用快速建模方法构建大范围三维铁路工程结构物;通过基于数据转换的GIS-BIM融合技术实现铁路工程建设和工程结构的精细化管理;基于倾斜摄影技术,快速真实描述客观场景。利用GIS-BIM技术,构建工程建设环境,工程模型的三维场景,工程结构物模型,实现模型和铁路工程建设项目信息共享与集成、铁路工程建设项目信息化管理。基于GIS-BIM技术构建的铁路工程建设地理信息系统在郑万（郑州南站—万州北站）铁路试点应用,效果良好,此研究可为铁路工程建设信息化、可视化管理提供参考。     

基于BIM技术的接触网三维数字化设计软件研究

为满足铁路接触网设计BIM建模要求，解决当前接触网三维建模速度慢、软件参数化程度低等正向设计过程实施困难的问题，根据接触网专业的建模流程和设计人员的工作内容，提出以数据为依托的参数化建模解决方案。采用Openrail Designer软件进行接触网三维数字化设计软件开发，实现了协同设计平台路桥隧等专业接口资料获取，接触网构件参数化设计管理，支柱布置，腕臂、悬挂自动装配，二三维图纸同步和工程数量清单输出等功能，详细介绍了接触网支柱、腕臂、补偿装置等构件参数化建模的关键技术，专业间数据协同、接触网三维模型的自动创建以及二三维模型绑定等方法，促进了专业间数据的协同交互，提高了BIM模型的创建效率，为接触网BIM正向设计提供有效工具支撑。     

铁路选线三维联动可视化CAD系统的开发与应用

在分析英国的MOSS、美国的InRail与InRoad、德国的CARD/1等选线软件及澳大利亚旷达线路三维优化规划系统的基础上,开发了具有实时平纵横三维联动和动态仿真可视化的计算机辅助选线系统。介绍系统的主要功能及关键技术:快速整体构建数字地面模型算法,夹点驱动平纵断面设计参数与平纵横实时三维联动显示,线路三维可视化与虚拟场景仿真。在武广、郑西客运专线勘测设计中,该系统发挥了重要的作用,已成为客运专线选线设计必不可少的设计平台。     

基于遥感数据的选线三维地理环境建模方法

遥感技术、数字摄影测量技术可以快速获取选线区域的数字高程模型和影像数据,结合计算机图形学、科学计算可视化快速建立虚拟选线系统的三维真实地理环境,从而在该三维环境中进行选线设计。针对虚拟环境铁路选线系统大规模地形的特点,给出一个与视点相关、视线方向相关、地形起伏幅度相关、格网最小间距相关的连续多分辨率简化网格模型,克服拼接裂缝问题,实现基于四叉树的动态多分辨率三维地形实时显示与漫游。试验结果表明,该方法可以很好地满足虚拟环境选线系统大规模三维地形可视化和实时漫游的要求。     

CTCS-3级列控仿真系统的三维站场模拟平台设计与VR实现

为提高列控仿真系统的研发和教培效果,设计了一种三维站场模拟平台,采用虚拟现实(VR)技术,以低硬件设备成本,再现真实场景,并提供高沉浸感。三维站场模拟平台接收CTCS-3级列控仿真系统发送的站场和车载设备数据,以三维和VR方式还原真实线路环境中列车运行调度的实时场景,并可以进行列车驾驶相关操作。同时,该平台软件提供线路编辑工具,可实现任意站场和区间线路的扩展和升级,对于列控系统的研发和教培具有重要意义。     

车站站场室外场景3D联锁仿真软件设计

车站站场室外场景3D联锁仿真软件实现了车站联锁控制过程的三维实时动态复示。该软件的设计采用3D MAX软件对各信号设备建模,采用C#编程语言在Unity3D平台下制作转辙机带动道岔转换、轨道电路光带显示及信号机点灯等动画;通过实时接收计算机联锁仿真软件数据驱动车站站场室外3D设备动作,直观地展示排列进路、模拟走车等车站室外作业和几类故障情况的仿真效果,为车站联锁控制系统的教学或培训服务。